31 Ocak 2025 / Kaynak: Tokyo Üniversitesi
Araştırmacılar ilk kez radyasyonun beton genleşmesi üzerindeki etkisini doğruladılar
Radyasyonun betonun yapısal bütünlüğünü etkilediği bir süredir biliniyordu. Ancak şimdiye kadar bunun detayları bilinmiyordu. Tokyo Üniversitesi’nden olanlar da dahil olmak üzere araştırmacılar, nihayet betonun hangi özelliklerinin farklı nötron radyasyon yükleri altında yapısal özelliklerini etkilediğini gösterebildiler. Bulguları bazı endişeleri artırırken bazılarını da azaltıyor; örneğin, betondaki kuvars kristalleri kendilerini iyileştirebilir ve potansiyel olarak bazı reaktörlerin başlangıçta düşünülenden daha uzun süre çalışmasına olanak tanıyabilir.
Nükleer santralleri içeren bazı yüksek profilli olaylar doğal olarak insanlarda korku uyandırır. Ancak birçok kişi nükleer enerjinin karbon nötr bir dünyaya ulaşmanın temel taşlarından biri olduğuna inanır. Bu, korkuları azaltmak ve bu teknolojiye olan ilgiyi artırmak için güvenliği, güvenilirliği, maliyet etkinliğini ve diğer şeyleri iyileştirmenin yollarını bulmaya vurgu yapar. Nükleer santrallerin güvenlik ve aynı zamanda uzun ömürlülükle ilgili bir yönü, yapımında kullanılan malzemelerde yatmaktadır; özellikle de binalarda kullanılan betonda. Çok dayanıklı bir malzeme olduğu bilinmektedir ve malzeme özelliklerini daha iyi anlamak için uzun süredir incelenmektedir. Ancak araştırmacılar ancak şimdi nükleer reaktörlerden gelen nötron radyasyonunun betonun uzun ömürlülüğünü nasıl etkileyebileceğini ayrıntılı olarak inceleyebildiler.
“Beton, birden fazla bileşikten oluşan kompozit bir malzemedir. Bunlar, özellikle betonun önemli bir bileşeni olan kaya agregası olmak üzere yerel coğrafya gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişebilir. Ancak kaya genellikle kuvars içerir. Bu nedenle, kuvarsın farklı radyasyon yükleri altında nasıl değiştiğini anlamak, betonun genel olarak nasıl davranması gerektiğini tahmin etmemize yardımcı olabilir,” dedi Mimarlık Bölümü’nden Profesör Ippei Maruyama. “Nötron radyasyonu kaynaklı bozulma özellikle maliyetli bir çalışma alanıdır ve kapsamlı araştırmayı zorlaştırır. Araştırma ekibimiz 2008’den beri bu konuyu ele alıyor, çok çeşitli literatüre danışarak ve uzmanlarla görüşmeler yaparak sorunu çözmek için stratejiler formüle ediyor. Bu, ışınlanmış kuvars kristallerine bakmak için X-ışını kırınımı kullanan son deneylerimizle sonuçlandı.”
Maruyama ve ekibi, diğer şeylerin yanı sıra, nötron radyasyonunun iki özelliğine baktı: örneklerin aldığı toplam doz ve bunu aldıkları hız veya akı. Buldukları şey ilk başta biraz şaşırtıcıydı, belirli bir toplam nötron radyasyon dozu için, bir kuvars kristalindeki genleşme miktarı, doz oranı daha yüksek olduğunda çok daha yüksekti ve bunun tersi de geçerliydi. Bir benzetme olarak, güneşin cildiniz üzerindeki etkisini düşünebilirsiniz – genellikle koruma olmadan doğrudan güneş ışığına çok fazla maruz kalmamanız önerilirken, aynı maruziyeti daha uzun bir zaman dilimine yaymak daha az endişe vericidir.
Maruyama, “Akı etkisinin keşfi, nötron radyasyonunun kristal yapıyı bozarak amorfizasyona ve genleşmeye neden olduğunu değil, aynı zamanda bozulan kristallerin iyileştiği ve genleşmenin azaldığı, dolayısıyla daha düşük bir oranın iyileşmek için daha fazla zaman sağladığı bir fenomenin de olduğunu gösteriyor,” dedi. “Ayrıca bu fenomenin beton içindeki mineral kristallerinin boyutuna bağlı olduğunu gördük. Daha büyük kristal taneleri daha az genleşme gösterdi, bu da boyuta bağlı bir etki olduğunu gösteriyor. Bu bulguları göz önünde bulundurarak, şu anda bir endişe kaynağı olan nötronlar nedeniyle betonun bozulması, daha önce düşünülenden daha az genleşme içerebilir. Sonuç olarak, bozulma tahmin edilenden daha az şiddetli olabilir ve bu da nükleer santrallerin daha uzun süreler boyunca daha güvenli bir şekilde çalışmasına olanak tanıyabilir.”
Ekip şimdi farklı kaya oluşturan minerallerin genleşme davranışını anlamada karşılaşılan çeşitli zorlukları ele almayı, genleşme mekanizmalarını daha da açıklığa kavuşturmayı ve agregaların genleşmesini malzeme özellikleri ve çevresel koşullara göre tahmin etme becerisini geliştirmeyi amaçlıyor. Ekip ayrıca mineral genleşmesine göre çatlakların oluşma şeklini tahmin etmeye çalışıyor. Bu araştırma gelecekteki nükleer santraller için malzeme seçimine ve beton tasarımına katkıda bulunabilir. Ek olarak, Dünya yörüngesinde ve ötesinde dünya dışı inşaat için uzay tabanlı yapılarda kullanılan inorganik malzemelerin dayanıklılığı ve kararlılığı hakkında değerli bilgiler sağlayabilir.
Nükleer Malzemeler Dergisi , 2025; 155631 DOI: 10.1016/j.jnucmat.2025.155631